Составители:
3
1. Введение
В настоящее время в цифровой аудиотехнике для записи и передачи звуковых сиг-
налов по каналам связи используются два вида аудио систем: без компрессирования и с
компрессированием звуковых сигналов. Студийная запись производится всегда без ком-
прессирования с использованием линейных методов аналого-цифрового преобразования
на основе импульсно-кодовой или сигма-дельта модуляции.
Необходимость компрессирования возникает прежде всего при передачи звуковых
сигналов по каналам связи и при необходимости увеличения длительности звукозаписи
на дисковых оптических носителях и флеш-картах. В цифровых системах компрессирова-
ния основной задачей является сокращение скорости цифрового потока при записи или
передачи данных. Системы с компрессированием по принципу работы и назначению
разделяются на две группы
психоакустическое (перцептуальное) кодирование,
статистическое кодирование.
Психоакустическое кодирование всегда осуществляется с потерями, так как при ко-
дировании сокращение скорости цифрового потока достигается благодаря устранению
информационной избыточности звуковых сигналов. При этом убирается информация, ко-
торую слух человека не воспринимает. Избыточность эта огромна, поэтому возможно со-
кращение скорости цифрового потока до 20…40 раз без заметных на слух искажений.
Статистическое кодирование в принципе осуществляется без потерь за счет со-
кращения статистической избыточности звуковых сигналов и применения оптимальной с
точки зрения теории информации упаковки цифровых данных. Избыточность эта не так
велика, поэтому сокращение скорости цифрового потока, возможно не более чем 2…4
раза. Применительно к вычислительной технике разработано множество алгоритмов ком-
прессирования без потерь, такие как PkZip, WinZip, WinRar . Они хорошо компрессиру-
ют текст, рисунки, но не могут компрессировать звуковые файлы. Так, например, тексто-
вый файл объемом 4,56 Мбайт компрессируются до 696 кбайт, тогда как звуковой файл
объемом 33,72 Мбайта этим же алгоритмом компрессируется только 31,57 Мбайта, всего
на 6,5%. Применительно к звуку нужны другие идеи компрессирования
Основой статистического кодирования звуковых сигналов являются следующие мето-
ды сокращения скорости цифрового потока:
квантование звуковых сигналов с неравномерным шагом,
кодирование с предсказанием,
энтропийное кодирование,
адаптация шага квантования,
адаптация предсказания.
Они могут быть использованы по отдельности и все сразу. Использование этих методов
не сокращает информационной избыточности звуковых сигналов.
При цифровой звукозаписи скорость цифрового потока определяется емкостью носи-
теля записи
d
C
и требующимся временем записи
rec
T
d
d
rec
C
V
T
.
За последние 20…30 лет в результате совершенствования технологии и принципов
записи плотность ее на оптических и магнитных дисках повысилась во много раз и дос-
тигла 60 Мбит/мм
2
. В результате емкость оптических дисков формата Blue-Ray составля-
ет 50 Гбайт, близки к практической реализации голографическая и фотонная запись, ко-
торые обеспечивают емкость дисков прежних размеров до 600…800 Мбайт.
